CN105487244B - 基于全息光学元件的集成成像多视3d显示 - Google Patents
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Abstract
本发明提出基于全息光学元件的集成成像多视3D显示，包括微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录和集成成像多视3D显示两个过程。微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录中，利用全息记录的角度复用特性，通过改变信号波的入射角度，在微透镜阵列的焦平面上产生多个会聚点阵列，在全息干板上记录下包含微透镜阵列不同角度特性的多幅全息图。在集成成像多视3D显示过程中，在不同参考波的照射下还原出微透镜阵列的不同角度特性，产生不同发散方向的球面波，重建出的多个3D图像具有不同的观看方向，从而实现集成成像多视3D显示。
Description
技术领域
本发明涉及集成成像3D显示技术和多视显示技术，特别涉及基于全息光学元件的集成成像多视3D显示。
背景技术
多视显示和3D显示是两种新型显示技术。多视显示通过在一个显示屏上同时显示多个不同的画面，在不同观看方向上的观看者只能看到其中一个画面，从而只需一个显示屏同时满足多个观看者的不同观看需求。例如，三位不同的观看者位于不同的观看角度，左边的观看者看到的是足球比赛，中间的观看者看到的是儿童动画，右边的观看者看到的是音乐会。三位观看者通过同一个显示器在不同的观看位置看到了不同的内容，较之传统的显示，多视显示的实用性更强。多视显示的一个典型应用实例是车载双视显示系统。在装有车载双视显示系统的车辆里，驾驶员在驾驶席上可以看到屏幕上的导航信息，而位于副驾驶的乘客则可以通过同一个显示屏观看新闻、娱乐、体育等节目。
集成成像3D显示具有无需辅助观看设备、全真3D再现、无视疲劳、提供正确的深度暗示和准连续的观看视点等优点。将多视显示与集成成像3D显示相结合可以为驾驶员提供3D立体导航，而为副驾驶的乘客提供3D电影节目等，更进一步地提升了显示效果。
全息光学元件是一种根据全息原理制成的光学元件。由于全息图具有波长复用或角度复用的特性，可以将多个全息图记录在同一张底片上，得到空间重叠的全息光学元件，为多视3D显示提供了途径。
发明内容
本发明提出基于全息光学元件的集成成像多视3D显示，包括微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录和集成成像多视3D显示两个过程。微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录中，利用全息记录的角度复用特性，通过改变信号波的入射角度，在微透镜阵列的焦平面上产生多个会聚点阵列，在全息干板上记录下包含微透镜阵列不同角度特性的多幅全息图。在集成成像多视3D显示过程中，在不同参考波的照射下还原出微透镜阵列的不同角度特性，产生不同发散方向的球面波，重建出的多个3D图像具有不同的观看方向，从而实现集成成像多视3D显示。
所述微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录过程如附图1和附图2所示。微透镜阵列全息光学元件的第一次全息记录如附图1所示。全息材料敷涂于透明玻璃基底上，并与微透镜阵列紧密贴合。信号波1为一束平行光，以入射角θ s1照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上形成会聚点阵列1。参考波1也为一束平行光，与信号波1具有相同的波长和偏振态，信号波1与参考波1分别位于微透镜阵列的两侧。参考波1以入射角θ r1照射微透镜阵列，并与信号波1产生的球面波1发生干涉，在全息材料上记录下干涉条纹，完成微透镜阵列全息光学元件的第一次全息记录。改变信号波和参考波的入射角度，在微透镜阵列的焦平面上产生不同的会聚点阵列，参考波与信号波产生的球面波发生干涉，产生的干涉条纹记录于同一全息图上。如附图2所示为微透镜阵列全息光学元件的第n次全息记录。信号波n仍为一束平行光，以入射角θ sn 照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上形成会聚点阵列n。参考波n也为一束平行光，与信号波n具有相同的波长和偏振态，信号波n与参考波n分别位于微透镜阵列的两侧。参考波n以入射角θ rn 照射微透镜阵列，并与信号波n产生的球面波n发生干涉，在全息材料上记录下干涉条纹，完成微透镜阵列全息光学元件的第n次全息记录。经过显影、定影处理后，全息干板上记录下微透镜阵列对不同入射角度平行光的会聚特性。
所述集成成像多视3D显示过程，如附图3、附图4和附图5所示。附图3为3D图像1的重建示意图。照明波1为一束平行光，其与记录时参考波1的波长及偏振态相同。照明波1包含微图像阵列1的信息并照射全息干板，照明波1的入射角与记录时参考波1的入射角θ r1相同。微图像阵列中图像元节距与微透镜阵列中透镜元节距相同，且图像元的投影区域与透镜元的记录区域相重合。全息衍射重建出的球面波1再次形成会聚点阵列1，与记录时微透镜阵列产生的会聚点阵列1完全相同。携带微图像阵列1的信息的球面波1再现出全真的3D图像1。同样地，附图4为3D图像n的重建示意图，照明波n也为一束平行光，其与记录时参考波n的波长及偏振态相同。照明波n包含微图像阵列n的信息并照射全息干板，照明波n的入射角与记录时参考波n的入射角θ rn 相同。全息衍射重建出的球面波n再次形成会聚点阵列n，与记录时微透镜阵列产生的会聚点阵列n完全相同。携带微图像阵列n的信息的球面波n再现出全真的3D图像n。如附图5所示，当多个照明波分别以与记录时的参考波相同的入射角同时照射全息干板时，将重建出多个球面波和多个会聚点阵列，各球面波的发散方向不同，从而在多个方向再现出不同的3D图像，提供给不同的观看者，实现集成成像多视3D显示。不同的照明波携带不同的微图像阵列信息，入射角分别对应记录时的参考波，将同时重建出不同的3D图像内容。
附图说明
附图1为微透镜阵列全息光学元件的第一次全息记录示意图
附图2为微透镜阵列全息光学元件的第n次全息记录示意图
附图3为3D图像1的重建示意图
附图4为3D图像n的重建示意图
附图5为本发明提出的集成成像多视3D显示示意图
上述附图中的图示标号为：
1 微透镜阵列，2全息材料，3信号波1， 4参考波1，5会聚点阵列1，6球面波1， 7信号波n， 8参考波n，9会聚点阵列n，10球面波n，11全息干板，12照明波1，13 3D图像1，14观看者1，15照明波n，16 3D图像n，17观看者n。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明的基于全息光学元件的集成成像多视3D显示的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明提出基于全息光学元件的集成成像多视3D显示，包括微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录和集成成像多视3D显示两个过程。
所述微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录过程如附图1和附图2所示。微透镜阵列全息光学元件的第一次全息记录如附图1所示。全息材料敷涂于透明玻璃基底上，并与微透镜阵列紧密贴合。信号波1为一束平行光，入射角的确定方式为，从入射光线向其法线方向旋转，顺时针为正，逆时针为负。信号波1以入射角θ s1=30°照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上形成会聚点阵列1。参考波1也为一束平行光，与信号波1具有相同的波长和偏振态，波长为731nm，偏振态为垂直偏振。信号波1与参考波1分别位于微透镜阵列的两侧。参考波1以入射角θ r1=-45°照射微透镜阵列，并与信号波1产生的球面波1发生干涉，在全息材料上记录下干涉条纹，完成微透镜阵列全息光学元件的第一次全息记录。改变信号波和参考波的入射角度，在微透镜阵列的焦平面上产生不同的会聚点阵列，参考波与信号波产生的球面波发生干涉，产生的干涉条纹记录于同一全息图上。重复上述记录过程，分别改变信号波和参考波的入射角度进行多次全息记录。如附图2所示为微透镜阵列全息光学元件的第2次全息记录。信号波2仍为一束平行光，以入射角θ s2=-30°照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上形成会聚点阵列2。参考波2也为一束平行光，与信号波2具有相同的波长和偏振态，波长为731nm，偏振态为垂直偏振。信号波2与参考波2分别位于微透镜阵列的两侧。参考波2以入射角θ r2=45°照射微透镜阵列，并与信号波2产生的球面波2发生干涉，在全息材料上记录下干涉条纹，完成微透镜阵列全息光学元件的第2次全息记录。经过显影、定影处理后，全息干板上记录下微透镜阵列对两种不同入射角度平行光的会聚特性。
所述集成成像多视3D显示过程，如附图3、附图4和附图5所示。附图3为3D图像1的重建示意图。照明波1为一束平行光，其与记录时参考波1的波长及偏振态相同，波长为731nm，偏振态为垂直偏振。照明波1包含微图像阵列1的信息并照射全息干板，照明波1的入射角与记录时参考波1的入射角相同 ，都为θ r1=-45°。微图像阵列中图像元节距与微透镜阵列中透镜元节距相同，都为1mm，且图像元的投影区域与透镜元的记录区域相重合。全息衍射重建出的球面波1再次形成会聚点阵列1，与记录时微透镜阵列产生的会聚点阵列1完全相同。携带微图像阵列1的信息的球面波1再现出全真的3D图像1。同样地，附图4为3D图像2的重建示意图，照明波2也为一束平行光，其与记录时参考波2的波长及偏振态相同，波长为731nm，偏振态为垂直偏振。照明波2包含微图像阵列2的信息并照射全息干板，照明波2的入射角与记录时参考波2的入射角相同，都为θ r2=45°。全息衍射重建出的球面波2再次形成会聚点阵列2，与记录时微透镜阵列产生的会聚点阵列2完全相同。携带微图像阵列2的信息的球面波2再现出全真的3D图像2。如附图5所示，当2个照明波分别以与记录时的参考波相同的入射角同时照射全息干板时，将重建出2个球面波和2个会聚点阵列，各球面波的发散方向不同，从而在2个方向再现出不同的3D图像，提供给不同的观看者，实现集成成像多视3D显示。同理，可多次重复微透镜阵列全息光学元件的全息记录过程，实现对多种入射角度的平行光的会聚特性，在再现过程中，以与记录时的参考波相同的入射角同时照射全息干板，实现多个3D图像不同角度的再现。
Claims (1)
1.基于全息光学元件的集成成像多视3D显示方法，其特征在于，本方法包括微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录和集成成像多视3D显示两个过程，微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录过程，利用全息记录的角度复用特性，通过改变信号波的入射角度，在微透镜阵列的焦平面上产生多个会聚点阵列，在全息干板上记录下包含微透镜阵列不同角度特性的多幅全息图，在微透镜阵列全息光学元件的多次全息记录过程中，全息材料敷涂于透明玻璃基底上，并与微透镜阵列紧密贴合，信号波1为一束平行光，以入射角θ s1照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上形成会聚点阵列1，参考波1也为一束平行光，与信号波1具有相同的波长和偏振态，信号波1与参考波1分别位于微透镜阵列的两侧，参考波1以入射角θ r1照射微透镜阵列，并与信号波1产生的球面波1发生干涉，在全息材料上记录下干涉条纹，完成微透镜阵列全息光学元件的第一次全息记录，改变信号波和参考波的入射角度，在微透镜阵列的焦平面上产生不同的会聚点阵列，参考波与信号波产生的球面波发生干涉，产生的干涉条纹记录于同一全息图上，在微透镜阵列全息光学元件的第n次全息记录过程中，信号波n仍为一束平行光，以入射角θ sn 照射微透镜阵列，在微透镜阵列的焦平面上形成会聚点阵列n，参考波n也为一束平行光，与信号波n具有相同的波长和偏振态，信号波n与参考波n分别位于微透镜阵列的两侧，参考波n以入射角θ rn 照射微透镜阵列，并与信号波n产生的球面波n发生干涉，在全息材料上记录下干涉条纹，完成微透镜阵列全息光学元件的第n次全息记录，经过显影、定影处理后，全息干板上记录下微透镜阵列对不同入射角度平行光的会聚特性；集成成像多视3D显示过程，在不同参考波的照射下还原出微透镜阵列的不同角度特性，产生不同发散方向的球面波，重建出的多个3D图像具有不同的观看方向，从而实现集成成像多视3D显示，在集成成像多视3D显示过程中，照明波1为一束平行光，其与记录时参考波1的波长及偏振态相同，照明波1包含微图像阵列1的信息并照射全息干板，照明波1的入射角与记录时参考波1的入射角θ r1相同，微图像阵列中图像元节距与微透镜阵列中透镜元节距相同，且图像元的投影区域与透镜元的记录区域相重合，全息衍射重建出的球面波1再次形成会聚点阵列1，与记录时微透镜阵列产生的会聚点阵列1完全相同，携带微图像阵列1的信息的球面波1再现出全真的3D图像1，同样地，照明波n也为一束平行光，其与记录时参考波n的波长及偏振态相同，照明波n包含微图像阵列n的信息并照射全息干板，照明波n的入射角与记录时参考波n的入射角θ rn 相同，全息衍射重建出的球面波n再次形成会聚点阵列n，与记录时微透镜阵列产生的会聚点阵列n完全相同，携带微图像阵列的信息的球面波n再现出全真的3D图像n，当多个照明波分别以与记录时的参考波相同的入射角同时照射全息干板时，将重建出多个球面波和多个会聚点阵列，各球面波的发散方向不同，从而在多个方向再现出不同的3D图像，提供给不同的观看者，实现集成成像多视3D显示，不同的照明波携带不同的微图像阵列信息，入射角分别对应记录时的参考波，将同时重建出不同的3D图像内容。
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